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环二鸟苷(c-di-GMP)是细菌中广泛存在的第二信使分子，参与调节包括细菌毒力基因表达，入侵宿主，生物被膜形成等多个细菌的生物学过程。它是由一类被称为二鸟苷酸环化酶(DGC)通过催化2分子GTP合成的。此类酶一般以二体形式发挥催化活性，且都含有感知外界信号的其他结构域，从而能够对DGC酶的活性进行调节。CdgH是霍乱弧菌来源的一个DGC酶。它是一个跨内膜蛋白。根据结构域预测，它的C端也即它的胞内部分是一个典型的DGC酶的结构，使得它可以在霍乱弧菌内促进c-di-GMP合成。而c-di-GMP可以与一个名为VpsT的转录因子结合，使该转录因子得以结合到霍乱弧菌多聚糖(VPS)合成相关基因簇的DNA调控序列上，促使这些基因的表达，进而促进霍乱弧菌生物被膜的形成。此外，CdgH还能调节霍乱弧菌菌落的粗糙程度。CdgH的N端也就是它的周质空间结构域是由两个串联的PBPb结构域组成，一般认为主要负责感知外界信号，然而具体的感知机制之前并不清楚。 本论文解析了CdgH的N端结构域2.6埃分辨率的三维晶体结构。结构显示，CdgH蛋白N端两串联PBPb结构域呈现近乎垂直排列。而每一个PBPb结构域又是由两个叶片组成的典型的捕蝇夹结构。有趣的是，在PBPb-Ⅰ结构域中间发现了一个结合紧密的L-精氨酸分子，很可能是CdgH的天然配体。而与之前解析的类似结构比对的结果暗示PBPb-Ⅰ结构域还可能具有其他L-氨基酸的结合能力，而PBPb-Ⅱ结构域与PBPb-Ⅰ结构域的高度拓扑相似性以及配体结合口袋附近残基的相似性暗示PBPb-Ⅱ结构域也可能存在L-氨基酸结合能力。 本论文通过热稳定性实验初步筛选了L-精氨酸(L-Arg)，L-赖氨酸(L-Lys)，L-鸟氨酸(L-Orn)，L-谷氨酰胺(L-Gln)，L-组氨酸(L-His)等五种氨基酸可能与CdgH存在相互作用。进一步的ITC实验证实了这一结果，并测定了不同氨基酸分别对两个不同PBPb结构域的亲和力Kd值。结果表明对于PBPb-Ⅰ结构域，L-Arg(Kd=3.61×10-8M)的亲和力最高，因此应该确实是CdgH的天然配体。而对于PBPb-Ⅱ结构域，亲和力最高的则是L-谷氨酰胺（Kd=7.94×10-5M）和L-组氨酸（Kd=9.25×10-5M）。同时与测定的多数ITC反应是放热反应不同，CdgH与L-赖氨酸以及L-组氨酸的反应表现出吸热反应的特点，暗示L-赖氨酸和L-组氨酸与CdgH的结合模式不同于其他氨基酸。 由于CdgH蛋白的二聚化是其发挥DGC酶活性所必须，本论文中使用了分析超速离心(AUC)的方法测定了结合不同氨基酸时，CdgH在溶液中的聚合状态。结果表明，未结合L-Arg的CdgH以一种较松散的二体状态存在，而结合L-Arg促使该二体变得紧密。此外，L-组氨酸和L-赖氨酸能大幅度的使得CdgH的二体状态解离，这符合ITC实验中这两组反应都是吸热反应的结果。 通过以上实验结果，本论文初步探讨了可能的外界信号对CdgH的DGC酶活性发挥影响的机制:当环境中L-Arg含量增高时，L-Arg可以结合到PBPb-Ⅰ结构域使得其发生构象变化，从而使得分子间二聚化进入比较紧密的状态。而这又进一步导致CdgH的C端GGDEF结构域互相靠近，有利于其二聚化并发挥促进C-di-GMP合成的生物学功能。在此整个过程中使得胞外关于L-Arg的浓度信号的变化信息被传递到胞内。